CN103915943A - 用于机器的冷却***及其组装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于机器的冷却***及其组装方法。提供一种用于旋转机器(诸如电动马达)的冷却***。热交换器壳体与电动马达的壳体联接。至少一个珀尔帖效应装置联接到热交换器壳体的外壁。至少一个流出空气通道和至少一个返回空气通道限定在热交换器壳体内，以在马达壳体与热交换器壳体的外壁之间延伸。至少一个流出空气通道将经加热空气输送到外壁，以便于将热从空气传递到外壁。至少一个珀尔帖效应装置便于从外壁的热传递。
Description
技术领域
本公开大体涉及用于与机器一起使用的冷却***，并且更特别地，涉及用于组装该冷却***的方法。
背景技术
由于电损耗和机械损耗两者，故诸如电动马达的机器在操作期间产生热。典型地，必须冷却电动马达，以确保马达高效且持续地操作。除了马达的一般效率损失之外，马达温度过高可导致马达轴承失效，以及/或者损害定子和/或转子。
基于许多考量来设计马达。例如，转子温度在马达设计方面是限制因素，这是因为转子可产生不相称的大量热。至少一些已知电动马达包括封罩，该封罩包括框架和端护罩。电动马达封罩典型地是“开口的”(笼状)或完全包封的。在开口的封罩中，环境空气在封罩内循环，并且经由空气与在封罩内操作的温度更高的马达构件之间的对流来移除热。经加热空气随后从封罩排放。然而，其中可使用开放封罩型马达的位置一般受到限制。
相比之下，通常在其中必须阻止空气传播污染物(诸如灰尘、油或雾)进入到封罩中的应用中使用完全包封的电动马达。风扇典型地提供在完全包封的马达封罩内的强制对流冷却，该风扇在封罩外部联接到转子轴。然而，安装有轴的外部风扇仅提供相对于马达的相对端部的有限热耗散。因此，封罩内的构件(诸如驱动端轴承)仍然可由于效率低下的冷却而过度加热。安装有轴的风扇还仅提供相对于转子的有限热耗散。另外，将风扇联接到转子轴增加马达组件的总占地面积，并且产生消耗马达功率的一部分的马达上的阻力。
已知的马达冷却***典型地使用空气-空气或空气-液体热交换器。然而，空气-空气热交换器可产生讨厌的噪声，并且与空气-空气热交换器相比，空气-液体热交换器通常为复杂的并且需要更高的维护要求。此外，空气-空气热交换器和空气-液体热交换器两者需要大型壳体，其尺寸通常大于它们所联接的马达的尺寸。因此，提供用于机器(诸如电动马达)的冷却***将是合乎需要的，该冷却***提供机器的提高且更高效的冷却，并且具有在物理上比已知冷却***更小的大小。
发明内容
在一方面，提供一种用于机器的冷却***，该机器包括机器壳体。冷却***包括联接到机器壳体的热交换器壳体。热交换器壳体包括外壁，热交换器壳体在其中限定至少一个流出空气通道，并且联接成与限定在机器壳体中的内部区域流连通。热交换器壳体进一步限定至少一个返回空气通道，该至少一个返回空气通道联接成与机器壳体的内部区域流连通，以使得空气能够从内部区域引导向外壁，用于将热从空气传递到所述外壁。冷却***进一步包括联接到热交换器壳体的外壁的至少一个珀尔帖效应装置，至少一个珀尔帖效应装置构造成便于从外壁的热传递。
在另一方面，提供一种用于组装用于机器的冷却***的方法，该机器包括机器壳体。方法包括将热交换器壳体联接到机器壳体，其中，热交换器壳体包括外壁。方法还包括将限定在热交换器壳体内的至少一个流出空气通道联接成与限定在机器壳体中的内部区域流连通。方法还包括将限定在热交换器壳体内的至少一个返回空气通道联接成与机器壳体的内部区域流连通，以及与至少一个流出空气通道流连通，以使得空气能够从内部区域引导向外壁，以便于将热从空气传递到外壁。方法还包括将至少一个珀尔帖效应装置联接到热交换器壳体的外壁，其中，至少一个珀尔帖效应装置便于从外壁的热传递。
在又一方面，提供一种机器。机器包括壳体，以及联接到机器壳体的热交换器壳体。热交换器壳体包括外壁，热交换器壳体限定至少一个流出空气通道，该至少一个流出空气通道联接成与限定在机器壳体中的内部区域流连通。热交换器壳体进一步限定至少一个返回空气通道，该至少一个返回空气通道联接成与机器壳体内部区域流连通，以及与至少一个流出空气通道流连通，以使得空气能够从内部区域引导向外壁，以便于从外壁的热传递。机器还包括联接到外壁的至少一个珀尔帖效应装置，至少一个珀尔帖效应装置构造成便于从外壁的热传递。
一种用于机器的冷却***，机器包括机器壳体，冷却***包括：联接到机器壳体的热交换器壳体，热交换器壳体包括外壁，热交换器壳体在其中限定至少一个流出空气通道，并且联接成与限定在机器壳体中的内部区域流连通，热交换器壳体进一步限定至少一个返回空气通道，至少一个返回空气通道联接成与机器壳体的内部区域流连通，以使得空气能够从内部区域引导向外壁，用于将热从空气传递到外壁；和至少一个珀尔帖效应装置，其联接到热交换器壳体的外壁，至少一个珀尔帖效应装置构造成便于从外壁的热传递。
优选地，至少一个流出空气通道包括彼此被分隔壁分开的至少两个流出空气通道。
优选地，至少一个流出空气通道基本上平行于返回空气通道延伸。
优选地，至少一个流出空气通道从机器壳体延伸到外壁。
优选地，至少一个返回空气通道从机器壳体延伸到外壁。
优选地，机器包括转子轴，至少一个流出空气通道和至少一个返回空气通道中的至少一个定向成基本上垂直于转子轴。
优选地，机器壳体具有第一长度，并且热交换器壳体具有近似等于机器壳体第一长度的第二长度。
优选地，至少一个流出空气通道在至少一个返回空气通道附近。
一种用于组装用于机器的冷却***的方法，机器包括机器壳体，方法包括：将热交换器壳体联接到机器壳体，其中，热交换器壳体包括外壁；将限定在热交换器壳体内的至少一个流出空气通道联接成与限定在机器壳体中的内部区域流连通；将限定在热交换器壳体内的至少一个返回空气通道联接成与机器壳体的内部区域流连通，以及与至少一个流出空气通道流连通，以使得空气能够从内部区域引导向外壁，以便于将热从空气传递到外壁；以及将至少一个珀尔帖效应装置联接到热交换器壳体的外壁，其中，至少一个珀尔帖效应装置便于从外壁的热传递。
优选地，联接至少一个流出空气通道包括：联接热交换器壳体内的至少两个流出空气通道；以及用分隔壁使至少两个流出空气通道与彼此隔离。
优选地，该方法进一步包括将至少一个流出空气通道联接成平行于返回空气通道。
优选地，该方法进一步包括将至少一个流出空气通道联接成从机器壳体延伸到外壁。
优选地，该方法进一步包括将至少一个返回空气通道联接成从机器壳体延伸到外壁。
优选地，机器包括转子轴，方法进一步包括将至少一个流出空气通道和至少一个返回空气通道中的至少一个定向成基本上垂直于转子轴。
优选地，机器壳体具有第一长度，方法进一步包括将热交换器壳体构造成具有近似等于机器壳体第一长度的第二长度。
优选地，该方法进一步包括将至少一个流出空气通道联接成在至少一个返回空气通道附近。
一种机器，其包括：壳体；联接到机器壳体的热交换器壳体，热交换器壳体包括外壁，热交换器壳体限定至少一个流出空气通道，至少一个流出空气通道联接成与限定在机器壳体中的内部区域流连通，热交换器壳体进一步限定至少一个返回空气通道，至少一个返回空气通道联接成与机器壳体内部区域流连通，以及与至少一个流出空气通道流连通，以使得空气能够从内部区域引导向外壁，以便于从外壁的热传递；以及联接到外壁的至少一个珀尔帖效应装置，至少一个珀尔帖效应装置构造成便于从外壁的热传递。
优选地，至少一个流出空气通道包括彼此被分隔壁分开的两个流出空气通道。
优选地，至少一个流出空气通道基本上平行于返回空气通道延伸。
优选地，至少一个流出空气通道从机器壳体延伸到外壁。
附图说明
图1是示例性已知马达冷却***的侧视截面图。
图2是图1中示出的马达冷却***的侧视截面图。
图3是示例性马达冷却***的侧视截面图。
部件列表
9马达冷却***
10马达
11马达壳体
12转子
13转子轴
14定子
15壁
16端部绕组
17端部
18风扇叶片
20叶轮
21冷却回路
22环境空气
23环境空气流部分
24热交换器壳体
25孔口
26竖直气室
27端部开口
28横向空气流通道
29箭头
30流出空气通道
31内部冷却空气回路
32流出空气通道
33空气
34横向空气通道
35横向空气通道
36返回空气通道
37中心区域
38返回空气通道
39壁
40马达冷却***
41壁
42热交换器壳体
43高度
44马达壳体
45空气
46马达
47高度
48转子
49定子
50转子轴
51总长度
52风扇叶片
53长度
54流出空气通道
55壁
56流出空气通道
57长度
58返回空气通道
59内部
60壁
61相对的端部
62返回空气通道
63端部
64壁
66开口
66开口
68开口
70珀尔帖效应装置
72珀尔帖效应装置
74外壁
76箭头
77周围大气。
具体实施方式
图1是示例性已知马达10的侧视截面图，其示出马达冷却***9。在示例性实施例中，马达冷却***9包括空气-空气冷却回路21，并且特别地，示出空气-空气冷却回路21的环境空气流部分23。马达10包括马达壳体11，马达壳体11基本上完全包封马达10，以基本上阻止灰尘、油或其它污染物侵入到马达10中，以及基本上阻止马达润滑油从马达10漏出。马达10包括支承在转子轴13上的转子12，转子轴13可旋转地联接在马达壳体11内。转子12被定子14包围，定子14包括多个端部绕组16。多个风扇叶片18固定地联接到转子轴13。叶轮20在马达壳体11外部固定地联接到转子轴13的端部17。
热交换器壳体24安装在马达壳体11的顶部。空气-空气冷却回路21的环境空气流部分23包括竖直气室26和形成于热交换器壳体24中的一个或多个横向空气流通道28。热交换器壳体24基本上包封叶轮20。热交换器壳体24中的孔口25使得环境空气22能够沿着箭头29示出的路径吸到热交换器壳体24中。特别地，在马达10的操作期间，转子轴13的旋转使叶轮20旋转，从而通过孔口25，以及通过竖直气室26吸入环境空气22。环境空气22沿着横向空气流通道28行进，并且最终通过限定在热交换器壳体24中的一个或多个端部开口27从热交换器壳体24排出。
图2是马达10的侧视截面图，并且示出内部冷却空气回路31。在示例性实施例中，内部冷却空气回路31包括一对流出空气通道30和32以及一对返回空气通道36和38，该对流出空气通道30和32彼此被壁15分开。壁39使流出空气通道30与返回空气通道36分开，并且壁41使流出空气通道32与返回空气通道38分开。流出空气通道30经由横向空气通道35联接成与返回空气通道36流连通。流出空气通道32经由横向空气通道34联接成与返回空气通道38流连通。横向空气流通道28(在图1中示出)经由热交换器壳体24中的竖直壁(未示出)与流出空气通道30和32隔离，以及与返回空气通道36和38隔离。流出空气通道30和32以及返回空气通道36和38经由限定在马达壳体11中的孔口(未示出)联接成与马达10流连通。
在马达10的操作期间，风扇叶片18朝马达10的中心区域37吸空气33，并且推动空气33通过定子14。空气33从转子12和定子14移除热。空气33通过限定在马达壳体11中的孔口引导到空气通道30和32中。当空气33通过流出空气通道30和32上升，并且随后通过返回空气通道36和38返回时，热从空气33传递通过竖直壁(未示出)，并进入穿过横向空气流通道28(在图1中示出)的环境空气22。虽然在图1和图2中示出了仅一个横向空气流通道28、一对流出空气通道30和32，以及一对对应的返回空气通道36和38，但是在典型的已知马达中，包括多个横向空气流通道和多对流出空气通道和返回空气通道。
冷却马达(诸如马达10)需要在马达10之间产生温度梯度，特别是马达10的高温区域及其周围环境。马达10依赖于使用热交换器壳体24和叶轮20来对马达10提供冷却。在已知的马达-热交换器壳体构造中，热交换器壳体24的高度43通常是马达10的高度47的两倍高。将叶轮20添加到转子轴13进一步增加马达10的总长度51。因此，***可需要相当大的空间容积来冷却马达10。
图3是可与例如马达10一起使用的示例性马达冷却***40的侧视截面图。在示例性实施例中，马达冷却***40包括联接到电动马达46的马达壳体44的热交换器壳体42。在示例性实施例中，热交换器壳体42具有近似等于马达壳体44的长度57的长度53。转子48在马达壳体44中可旋转地安装到转子轴50。多个风扇叶片52固定地联接到转子轴50的相对的端部61和63，以沿着箭头76示出的路径推动空气45通过马达壳体44和热交换器壳体42。定子49基本上包围转子48。热交换器壳体42包括彼此被壁55分开的一对流出空气通道54和56。热交换器壳体42还包括返回空气通道58，返回空气通道58位于流出空气通道54附近，并且壁60使返回空气通道58与流出空气通道54分开。热交换器壳体42还包括返回空气通道62，返回空气通道62位于流出空气通道56附近，并且壁64使返回空气通道62与流出空气通道56分开。流出空气通道54经由开口66与返回空气通道58连通，而流出空气通道56经由开口68与返回空气通道62连通。每个通道54和56和每个通道58和62通过限定在马达壳体44中的孔口(未示出)联接成与马达壳体44的内部59流连通。虽然在示例性马达冷却***40中，示出了仅一对流出空气通道54和56，以及仅一对返回空气通道58和62，但是在可选实施例中，提供附加的流出空气通道和/或返回空气通道。
与热交换器壳体24(在图1和图2中示出)相比，热交换器壳体24包括沿竖向延伸的通道30、32、34和36以及横向通道28，热交换器壳体42仅包括基本上沿竖向延伸的通道54、56、58和62，因而并入了较简单的热交换器壳体构造。因此，与已知的空气-空气或液体-空气热交换器壳体结构相比，较简单地构建和保持热交换器壳体42。
一对珀尔帖效应装置70和72固定地联接到热交换器壳体42的外壁74。珀尔帖效应装置70和72具有如需要的任何适当的构造，以使得马达冷却***40能够如本文描述地起作用。在示例性马达冷却***40中，珀尔帖效应装置70和72由电源(未示出)提供功率，联接到适当的控制装置(未示出)，并且以如下方式固定到热交换器壳体42使得当被提供功率时，珀尔帖效应装置70和72将热传导远离热交换器壳体42。特别地，珀尔帖效应装置70和72通过珀尔帖效应装置70和72中的每一个内的陡峭温度梯度的产生而将通过外壁74传导的热引导到周围大气77，该温度梯度大于能够通过由简单传导和/或叶轮或风扇引起的对流完成的热传递实现的温度梯度。
当马达46操作时，以类似于如本文关于马达10(在图1和图2中示出)所描述的方式，转子轴50的旋转使风扇叶片52沿着转子48推动马达46和热交换器壳体42内的空气(如箭头76示出的)，以及推动该空气通过定子49。当经加热空气被风扇叶片52从马达壳体44推动，以及通过流出空气通道54和56朝向外壁74推动时，热传递到外壁74。由于珀尔帖装置70和72起热沉的作用，故珀尔帖效应装置70和72随后将外壁74中的热传递远离外壁74，并且将该热传递到周围大气中。冷却空气引导远离外壁74，并且经由开口66和68以及返回空气通道58和62返回到马达壳体44。在示例性实施例中，仅在马达46的操作期间对珀尔帖效应装置70和72提供功率。在可选实施例中，在马达46的操作已结束之后，保持对珀尔帖效应装置70和72提供功率达预定时间段，以便于继续冷却马达46。在示例性实施例中，使用珀尔帖效应装置70和72意味着由风扇叶片52提供的空气45在热交换器壳体42内的循环足以使得能够从空气45有效地移除热，而不需要附加的叶轮，诸如叶轮20(在图1中示出)。
在上面详细描述了用于机器的冷却***及其组装方法的示例性实施例。用于机器的冷却***及其组装方法不限本文描述的特定实施例，而是相反地，冷却***的构件和/或方法的步骤可独立地使用，并且与本文描述的其它构件和/或步骤分开地使用。例如，本文描述的冷却***和方法还可与其它机器和方法结合起来使用，并且不限于仅利用如本文描述的马达实践。相反地，可与许多其它马达和/或涡轮和/或功率和/或发电机应用结合起来实现和利用示例性实施例。
虽然可在一些图中示出本发明的各种实施例的特定特征，而在其它图中不示出，但是这仅是为了方便。根据本发明的原理，可结合任何其它图的任何特征来参照和/或主张图的任何特征。
与已知的电动马达冷却***相比，通过使用联接到马达壳体的珀尔帖效应装置，以及限定在热交换器壳体内的流出和返回空气通道，本文描述的冷却***便于增加从马达耗散的热。另外，本文描述的冷却***容许以显著减小的占地面积和减小的总包装体积和重量来构建电动马达。本文描述的冷却***还在马达壳体与周围环境之间产生较陡峭的温度梯度，导致电动马达的更高效且有效的冷却，和因此改进的马达效率。本文描述的冷却***还消除了对安装有转子轴的叶轮或风扇的需要。通过使得能够使用简化的热交换器壳体，本文描述的冷却***还减少了维护要求。与提供有配备有风扇的空气-空气热交换器的马达相比，本文描述的冷却***还提供整体马达噪声的减小。由于马达轴承的改进冷却，故本文描述的冷却***还提供增加的轴承寿命。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或***并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。
Claims (10)
1. 一种用于机器的冷却***，所述机器包括机器壳体，所述冷却***包括：
联接到所述机器壳体的热交换器壳体，所述热交换器壳体包括外壁，所述热交换器壳体在其中限定至少一个流出空气通道，并且联接成与限定在所述机器壳体中的内部区域流连通，所述热交换器壳体进一步限定至少一个返回空气通道，所述至少一个返回空气通道联接成与所述机器壳体的内部区域流连通，以使得空气能够从所述内部区域引导向所述外壁，用于将热从所述空气传递到所述外壁；和
至少一个珀尔帖效应装置，其联接到所述热交换器壳体的所述外壁，所述至少一个珀尔帖效应装置构造成便于从所述外壁的热传递。
2. 根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于，所述至少一个流出空气通道包括彼此被分隔壁分开的至少两个流出空气通道。
3. 根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于，所述至少一个流出空气通道基本上平行于所述返回空气通道延伸。
4. 根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于，所述至少一个流出空气通道从所述机器壳体延伸到所述外壁。
5. 根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于，所述至少一个返回空气通道从所述机器壳体延伸到所述外壁。
6. 根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于，所述机器包括转子轴，所述至少一个流出空气通道和所述至少一个返回空气通道中的至少一个定向成基本上垂直于所述转子轴。
7.根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于，所述机器壳体具有第一长度，并且所述热交换器壳体具有近似等于所述机器壳体第一长度的第二长度。
8. 根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于，所述至少一个流出空气通道在所述至少一个返回空气通道附近。
9. 一种用于组装用于机器的冷却***的方法，所述机器包括机器壳体，所述方法包括：
将热交换器壳体联接到所述机器壳体，其中，所述热交换器壳体包括外壁；
将限定在所述热交换器壳体内的至少一个流出空气通道联接成与限定在所述机器壳体中的内部区域流连通；
将限定在所述热交换器壳体内的至少一个返回空气通道联接成与所述机器壳体的内部区域流连通，以及与所述至少一个流出空气通道流连通，以使得空气能够从所述内部区域引导向所述外壁，以便于将热从所述空气传递到所述外壁；以及
将至少一个珀尔帖效应装置联接到所述热交换器壳体的外壁，其中，所述至少一个珀尔帖效应装置便于从所述外壁的热传递。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，联接至少一个流出空气通道包括：
联接所述热交换器壳体内的至少两个流出空气通道；以及
用分隔壁使所述至少两个流出空气通道与彼此隔离。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140709 |